Pengertian dan Pengukuran Suhu-
Anda akan merasakan panas jika berada dekat dengan api yang menyala.
Begitu pula jika Anda memanaskan sebuah logam pada api yang menyala,
Anda akan merasakan logam tersebut menjadi panas dan mungkin Anda tidak
sanggup memegangnya. Mengapa dapat terjadi perpindahan panas, sedangkan
Anda tidak menyentuh sumber panasnya tersebut? Kejadian ini dapat juga
disebut sebagai perpindahan kalor yang memiliki arti dapat menghantarkan
dan menyerap energi. Perubahan wujud zat sering terjadi pada kehidupan
sehari-hari dan mungkin sering Anda jumpai. Ketika sebuah es dipanaskan,
es tersebut akan berubah wujudnya menjadi air. Begitu pula jika air
didinginkan pada sebuah lemari es, air tersebut akan berubah wujudnya
menjadi es. Tahukah Anda, mengapa dapat terjadi perubahan wujud seperti
itu?
A. PENGERTIAN SUHU
Jika
kita membahas tentang suhu suatu benda, tentu terkait erat dengan panas
atau dinginnya benda tersebut. Dengan alat perasa, kita dapat
membedakan benda yang panas, hangat atau dingin. Benda yang panas kita
katakan suhunya lebih tinggi dari benda yang hangat atau benda yang
dingin. Benda yang hangat suhunya lebih tinggi dari benda yang dingin.
Dengan alat perasa kita hanya dapat membedakan suhu suatu benda secara
kualitatif. Akan tetapi di dalam fisika kita akan menyatakan panas,
hangat, dingin dan sebagainya secara eksak yaitu secara kuantitatif
(dengan angka-angka). Sangatlah sulit untuk memberikan definisi
temperatur berdasarkan konsep yang umum digunakan, seperti pada besaran
lain. Secara sederhana suhu didefinisikan sebagai derajad panas
dinginnya suatu benda. Namun demikian, Anda dapat menggunakan adanya kesepadanan (equality) perubahan temperatur terhadap perubahan sifat lain dari suatu benda. Temperatur dapat didefinisikan sebagai sifat fisik suatu benda untuk menentukan apakah keduanya berada dalam kesetimbangan termal.
Dua buah benda akan berada dalam kesetimbangan termal jika keduanya
memiliki temperatur yang sama. Ada beberapa sifat benda yang berubah
apabila benda itu dipanaskan, antara lain adalah warnanya, volumnya,
tekanannya dan daya hantar listriknya. Sifat-sifat benda yang berubah
karena dipanaskan disebut sifat termometrik. Suhu termasuk besaran pokok dalam fisika yang dalam S.I. bersatuan Kelvin.
B. Alat Ukur Suhu
Apabila
dua benda berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga maka
keduanya berada dalam kesetimbangan termal. Pernyataan seperti ini
dikenal sebagai hukum ke nol termodinamika, yang sering mendasari
pengukuran temperatur. Materi mengenai termodinamika akan Anda pelajari
lebih mendalam di Kelas XI. Berdasarkan prinsip ini, jika Anda ingin
mengetahui apakah dua benda memiliki temperatur yang sama maka kedua
benda tersebut tidak perlu disentuh dan diamati perubahan sifatnya
terhadap waktu, yang perlu dilakukan adalah mengamati apakah kedua benda
tersebut, masing-masing berada dalam kesetimbangan termal dengan benda
ketiga? Benda ketiga tersebut adalah termometer. Benda apapun
yang memiliki sedikitnya satu sifat yang berubah terhadap perubahan
temperatur dapat digunakan sebagai termometer. Sifat semacam ini disebut
sebagai sifat termometrik (thermometric property). Senyawa yang memiliki sifat termometrik disebut senyawa termometrik.
Temperatur zat yang diukur sama besarnya dengan skala yang ditunjukkan
oleh termometer saat terjadi kesetimbangan termal antara zat dengan
termometer. Jadi, temperatur yang ditunjukkan oleh termometer sama
dengan temperatur zat yang diukur. Zat cair yang umum digunakan dalam
termometer adalah air raksa. Hal ini dikarenakan air raksa memiliki
keunggulan dibandingkan zat cair lainnya. Keunggulan air raksa dari zat
cair lainnya, yaitu
- dapat menyerap panas suatu benda yang akan diukur sehingga temperatur air raksa sama dengan temperatur benda yang diukur,
- dapat digunakan untuk mengukur temperatur yang rendah hingga temperatur yang lebih tinggi karena air raksa memiliki titik beku pada temperatur –39°C dan titik didihnya pada temperatur 357°C,
- tidak membasahi dinding tabung sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti,
- pemuaian air raksa teratur atau linear terhadap kenaikan temperatur, kecuali pada temperatur yang sangat tinggi, dan
- mudah dilihat karena air raksa dapat memantulkan cahaya.
Selain
air raksa, dapat juga digunakan alkohol untuk mengisi tabung
termometer. Akan tetapi, alkohol tidak dapat mengukur temperatur yang
tinggi karena titik didihnya 78°C, namun alkohol dapat mengukur
temperatur yang lebih rendah karena titik bekunya pada temperatur
–144°C. Jadi, termometer yang berisi alkohol baik untuk mengukur
temperatur yang rendah, tetapi tidak dapat mengukur temperatur yang
lebih tinggi.
C. Skala pada Beberapa Termometer
Ketika mengukur temperatur dengan menggunakan termometer, terdapat beberapa skala yang digunakan, di antaranya skala Celsius, skala Reamur, skala Fahrenheit, dan skala Kelvin. Keempat skala tersebut memiliki perbedaan dalam pengukuran suhunya. Berikut rentang temperatur yang dimiliki setiap skala.
a. Termometer skala Celsius
Memiliki
titik didih air 100°C dan titik bekunya 0°C. Rentang temperaturnya
berada pada temperatur 0°C – 100°C dan dibagi dalam 100 skala.
b. Temometer skala Reamur
Memiliki
titik didih air 80°R dan titik bekunya 0°R. Rentang temperaturnya
berada pada temperatur 0°R – 80°R dan dibagi dalam 80 skala.
c. Termometer skala Fahrenheit
Memiliki
titik didih air 212°F dan titik bekunya 32°F. Rentang temperaturnya
berada pada temperatur 32°F – 212°F dan dibagi dalam 180 skala.
d. Termometer skala Kelvin
Memiliki
titik didih air 373,15 K dan titik bekunya 273,15 K. Rentang
temperaturnya berada pada temperatur 273,15 K – 373,15 K dan dibagi
dalam 100 skala.
Jadi, jika diperhatikan pembagian skala tersebut, satu skala dalam derajat Celsius sama dengan satu skala dalam derajat Kelvin, sementara satu skala Celsius kurang dari satu skala Reamur dan satu skala Celsius lebih dari satu skala Fahrenheit. Secara matematis perbandingan keempat skala tersebut, yaitu sebagai berikut.
Gambar 7.2 Perbandingan empat skala termometer.
Contoh Soal
1.
Misalkan Ucok membuat sebuah termometer yang disebut dengan termometer
X. Pada termometer ini air membeku pada 0°X dan air mendidih pada 150°X.
Bagaimanakah hubungan termometer ini dengan termometer dalam skala Celsius?
Jawab
Pada termometer X, rentang
temperatur yang dimilikinya, yakni dari 0°X – 150°X sehingga skala pada
termometer ini dibagi dalam 150 skala. Perbandingan antara termometer X
dan termometer Celsius, yakni
( C – 0)/ 100 =( X – 0 / )150
ToC = (100/150)ToX = (2/3)ToX
Jadi, hubungan antara termometer ini dengan termometer Celsius adalah ToC = (100/150)ToX = (2/3)ToX
2. Suhu sebuah benda 80oC nyatakan suhu benda tersebut dalam derajat Reamur dan derajat Fahrenheit.
Penyelesaian:
Diketahui: t = 80oC
Ditanya: a) oR = …?
b) oF = …?
Jawab :
a) C: R = 5: 480: R = 5: 4 5 R = 320 R = 64oR Jadi 80oC = 64oR | b) C: (F – 32) = 5: 980: (F – 32) = 5: 9 5(F – 32) = 720 5F – 160 = 720 5F = 880 F = 176 Jadi 80oC = 176oF |
3.
Termometer Celcius dan Reamur digunakan untuk mengukur suhu suatu benda
ternyata jumlah skala yang ditunjukkan oleh kedua termometer = 90o. Berapa oC dan oR suhu benda tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui: C + R = 90o
Ditanya: t dalam oC dan oR
Jawab :
C + R = 90
R = 90-C
C: R = 5 : 4
C: (90 – C) = 4C
450 – 5C = 4C
450 = 9C
C = 50
R = 90 – C
R = 90 – 50 = 40
Jadi suhu benda tersebut: 50oC dan 40oR
3. Sebuah termometer x setelah ditera dengan termometer Celcius di dapat 40oC = 80ox dan 20oC = 50ox. Jika suhu sebuah benda 80oC, maka berapa ox suhu benda tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui: 40oC = 80ox
20oC = 50ox
Ditanya: 80oC = … ox
Jawab :
(80-40)/(80-20) = (tx – 80)/(tx – 50)
40/60= (tx – 80)/(tx – 50)
4tx – 200 = 6tx – 480
2tx = 280
tx = 140
Jadi 80 oC = 140 ox